Các cân nhắc chính để sản xuất các tinh thể đơn Silicon Carbide (SiC) chất lượng cao

Các phương pháp chính để sản xuất các tinh thể duy nhất cacbon silic bao gồm vận chuyển hơi nước vật lý (PVT), tăng trưởng dung dịch hạt giống (TSSG) và lắng đọng hơi nước hóa học nhiệt độ cao (HT-CVD).

Trong số đó,PVTlà phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất công nghiệp do thiết lập thiết bị tương đối đơn giản, dễ kiểm soát và chi phí thiết bị và hoạt động thấp hơn.

Điểm nổi bật kỹ thuật của phương pháp PVT cho tăng trưởng tinh thể SiC

Khi trồng các tinh thể đơn SiC bằng phương pháp PVT, các khía cạnh kỹ thuật sau đây là quan trọng:

• Độ tinh khiết của vật liệu graphite

Graphite được sử dụng trong lĩnh vực nhiệt phải đáp ứng các yêu cầu về độ tinh khiết nghiêm ngặt.Đặc biệt, Boron (B) và hàm lượng nhôm (Al) phải dưới 0,1 × 10−6.​

• Chọn chính xác độ cực của tinh thể hạt giống

Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng mặt C (0001) phù hợp để phát triển 4H-SiC, trong khi mặt Si (0001) được sử dụng để phát triển 6H-SiC.

• Sử dụng tinh thể hạt giống ngoài trục

Hạt giống ngoài trục giúp phá vỡ đối xứng tăng trưởng và giảm các khiếm khuyết trong tinh thể kết quả.

• Quá trình liên kết hạt giống chất lượng cao

Sự liên kết đáng tin cậy giữa tinh thể hạt giống và chất nền là rất cần thiết cho sự phát triển ổn định.

• Duy trì giao diện tăng trưởng ổn định

Trong suốt chu kỳ phát triển, điều quan trọng là phải duy trì sự ổn định của giao diện phát triển tinh thể để đảm bảo chất lượng đồng nhất.

Các công nghệ cốt lõi trong tăng trưởng tinh thể SiC

• Công nghệ doping trong bột SiC

  Dopping silicon carbide bột với cerium (Ce) thúc đẩy sự phát triển ổn định của đơn-polytype 4H-SiC. Kỹ thuật doping này có thể:

   

  • Tăng tốc độ tăng trưởng;

  • Cải thiện định hướng tinh thể;

  • Ngăn chặn sự kết hợp tạp chất và sự hình thành khiếm khuyết;

  • Cải thiện năng suất của các tinh thể chất lượng cao;

  • Ngăn ngừa ăn mòn phía sau và tăng độ đơn tinh thể.

• Kiểm soát độ nghiêng nhiệt độ trục và phóng xạ

  Độ nghiêng trục ảnh hưởng đáng kể đến hình thái tinh thể và hiệu quả tăng trưởng.Phân tích trục và đường radial tối ưu hỗ trợ nhanh, tăng trưởng tinh thể ổn định.

• Kiểm soát trục trặc cơ sở (BPD)

  BPD phát sinh khi căng thẳng cắt nội bộ vượt quá ngưỡng quan trọng, thường là trong quá trình phát triển và làm mát.

• Kiểm soát tỷ lệ thành phần pha khí

  Tăng tỷ lệ cacbon-silicon trong pha hơi giúp ổn định sự phát triển của đa dạng đơn và ngăn ngừa nhóm macro-step, do đó ức chế sự hình thành đa dạng.

• Kỹ thuật tăng trưởng tinh thể với áp lực thấp

  Căng thẳng bên trong có thể dẫn đến biến dạng lưới, nứt tinh thể và tăng mật độ trật tự, tất cả đều làm suy giảm chất lượng tinh thể và hiệu suất thiết bị hạ lưu.Căng thẳng có thể được giảm bớt bằng cách:

   

  • Phòng nhiệt độ và tối ưu hóa quy trình để tăng trưởng gần cân bằng;

  • Thiết kế lại cấu trúc thạch để cho phép mở rộng tinh thể tự do;

  • Cải thiện phương pháp lắp đặt hạt giống bằng cách để lại một khoảng cách 2 mm giữa hạt giống và người giữ graphite để giảm sự không phù hợp của sự mở rộng nhiệt;

  • Lửa tinh thể trong lò để giải phóng căng thẳng dư thừa, với điều chỉnh cẩn thận nhiệt độ và thời gian.

Xu hướng tương lai trong công nghệ tăng trưởng tinh thể đơn SiC

• Kích thước tinh thể lớn hơn

  Chiều kính của các tinh thể đơn SiC đã tăng từ vài milimet lên 6 inch, 8 inch, và thậm chí 12 inch.và đáp ứng nhu cầu của các thiết bị công suất cao.

• Chất lượng tinh thể cao hơn

  Trong khi các tinh thể hiện tại được cải tiến rất nhiều, vẫn còn những thách thức như vi mạch, trục trặc và tạp chất.

• Giảm chi phí

  Chi phí cao của sự phát triển tinh thể SiC là một rào cản cho việc áp dụng rộng rãi. Giảm chi phí thông qua tối ưu hóa quy trình, sử dụng tài nguyên tốt hơn và nguyên liệu thô rẻ hơn là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng.

​

• Sản xuất thông minh

  Với những tiến bộ trong AI và dữ liệu lớn, sự phát triển tinh thể thông minh đang ở chân trời.cải thiện tính ổn định và khả năng tái tạoPhân tích dữ liệu có thể tinh chỉnh thêm quy trình để tăng năng suất và chất lượng.